國內(nèi)外孔加工刀具發(fā)展概況研究
國內(nèi)外孔加工刀具發(fā)展概況研究
孔加工在金屬切削加工中占有重要地位，近些年來，隨著中、小批量生產(chǎn)越來越要求生產(chǎn)的高效率、自動化以及加工中心的飛躍發(fā)展與普及，也促進了孔加工刀具技術(shù)有所發(fā)展。
0.概述
孔加工在金屬切削加工中占有重要地位，一般約占機械加工量的1/3。其中鉆孔約占22%～25%，其余孔加工約占11%～13%。我國1990年孔加工刀具的產(chǎn)量約占刀具產(chǎn)品總產(chǎn)量的71.38%，產(chǎn)值約占刀具產(chǎn)品總產(chǎn)值的45.52%。由于孔加工條件苛刻的緣故，孔加工刀具的技術(shù)發(fā)展要比車、銑類刀具遲緩一些，許多機械加工部門至今仍采用高速鋼麻花鉆。近些年來，隨著中、小批量生產(chǎn)越來越要求生產(chǎn)的高效率、自動化以及加工中心的飛躍發(fā)展與普及，也促進了孔加工刀具技術(shù)有所發(fā)展。
'86中國七類刀具內(nèi)部構(gòu)成 '85日本七類刀具內(nèi)部構(gòu)成
圖1中日七類刀具產(chǎn)值內(nèi)部構(gòu)成
1.高速鋼孔加工刀具
高速鋼孔加工刀具仍是孔加工刀具中的主要部分。據(jù)原民主德國85年的統(tǒng)計資料，高速鋼鉆鏜削刀具的產(chǎn)值占所有鉆鏜削刀具產(chǎn)值的79.8%，而硬質(zhì)合金鉆鏜削刀具占20%，陶瓷刀具和超硬材料刀具各占0.1%。
圖2日本高速鋼刀具產(chǎn)值圖示
1.1高速鋼麻花鉆
高速鋼麻花鉆至今仍是金屬切削刀具中使用量最大的刀具之一。例如，在德國機械加工中每年約消耗5000萬支麻花鉆，這些麻花鉆的直徑絕大部分為φ6～14mm。而我國的高速鋼麻花鉆年產(chǎn)量已達到3億支，年產(chǎn)值約占刀具產(chǎn)品年總產(chǎn)值的36%。
高速鋼麻花鉆在生產(chǎn)中已應用了幾十年，其基本形狀沒有改變。麻花鉆在鉆削過程中存在的問題是：主切削刃上各點處前角值相差十分懸殊；橫刃長，軸向力大；鉆頭各處切削速度不同；刃帶后角為零與孔壁產(chǎn)生摩擦，加快磨損等。為此，必須針對這些問題改進，但徹底消除是困難的。從目前情況看，主要改進有：
1.1.1加大螺旋角
為了能適應被切削材料的特性和高效率生產(chǎn)線的節(jié)拍，一些新設計的麻花鉆選用較高的切削速度(40～50m/min)。加大螺旋角的拋物線型麻花鉆(美國Bendix稱為拋物線鉆，英國Dormer稱為螺桿式鉆頭，德國Guehring稱為GT鉆，我國上海工具廠、江西量具刃具廠等也稱為拋物線鉆)正是適應了這樣的需要。其主要特性是：
(1)大螺旋角(通常為35～45°)及大頂角，從而增大了鉆頭前角，使其切削鋒利；
(2)大容屑空間，使其出屑流暢；
(3)較大的鉆頭芯厚，使其剛性增強；
(4)采用“十”字刃磨法或“S”型刃磨法修磨橫刃，使其橫刃縮短，定心及鉆芯處前角得到改善，切削輕快，軸向力小，可一次進刀加工出相當深度的孔，提高了工作效率，它比傳統(tǒng)鉆頭具有顯著的優(yōu)越性。
Guehring的GT鉆分為GT50、GT100兩種，其中GT50用于鉆削能形成長切屑的軟材料，如鋁、鋁合金、鋅、銅、木材等；而GT100則用于鉆削硬度在31HRC以下的鋼材及鑄鐵。
1.1.2改善橫刃工作條件
由于麻花鉆橫刃處軸向力很大，改善橫刃工作條件受到各方面的普遍重視。改善的方法主要有兩種：
重視改進刃磨法
鉆尖刃磨類型主要有六種即普通刃磨法、螺旋刃磨法、綜合刃磨法、三重面刃磨法、十字刃磨法和圓弧刃磨法。實驗證明：螺旋刃磨法位置精度好，十字刃磨適用于較深孔加工，圓弧法易定心。最有發(fā)展前途的是十字和圓弧刃磨法。十字刃磨法縮短橫刃，減少軸向力，近來在歐美、日本很流行。刃磨過程必須保持兩個切削刃的對稱性。經(jīng)試驗表明十字刃磨法比普通刃磨法鉆頭壽命提高一倍，軸向力減少30%～60%，扭矩減少13%～30%，排屑順利，但需加厚鉆芯厚度。
鉆頭鉆尖的外緣刃帶處磨損快，將使鋒利的刃口在刀具磨損前的相當一段時間里變成圓弧形，為此發(fā)展起圓弧刃磨法。圓弧形鉆尖切削圖形加長，散熱條件好，使得鉆頭壽命提高；另外修磨了橫刃，前角分布合理；鉆通孔時很少產(chǎn)生毛刺，飛邊現(xiàn)象。關(guān)鍵是刃磨圓弧要求對稱，可用手及樣板控制圓弧，而美國INGERSOLL圓弧形鉆尖刃磨機床已研制成功，這對發(fā)展圓弧形鉆尖有促進作用。
圖3 DIN1412的五種特殊鉆尖修磨方法
DIN1412列出了五種特殊的鉆尖修磨方法，其中A型稱為橫刃修薄型，B型稱為帶切削刃修磨的橫刃修薄型，C型稱為分割鉆尖型，D型為切鑄鐵的雙鋒角型，而E型為釘形鉆尖。
我國北京航空航天大學根據(jù)圓錐面刃磨原理設計了一種型號為CNC-7DGA的七坐標數(shù)控鉆尖刃磨機，在一次裝夾一個循環(huán)中就可完成磨外刃后面、磨圓弧刃、修磨橫刃和磨單邊分屑槽等多個步驟，對提高鉆尖刃磨的水平，保證鉆尖刃磨的質(zhì)量將有促進作用。
選擇合理的橫刃修磨法
為克服橫刃處負前角等惡劣的切削條件，減少軸向力，常用修磨橫刃的方法來加以解決�，F(xiàn)在常用的修磨橫刃有S、N、W、X、S-X五種。S型修掉2/3橫刃，減少軸向力，切屑向上排出。N型適于較薄的鉆芯，目的使切屑向上排出。W型(即DIN1412中的B型)沿全溝進行芯厚減薄，切削性能和對中性較好，剛性則較差。X型(即DIN1412中的C型)橫刃全修掉，是軸向力減少最多的一種。S-X型刀尖強度好，切屑易排出，可使加工效率及加工精度有所改善。
S N W X S-X
圖4常用的修磨橫刃形式
1.1.3改善冷卻條件
在改善高速鋼麻花鉆冷卻條件方面，除了加大容屑槽使切削液能更順利地進入切削區(qū)外，使用油孔鉆成為一個有力的工具。
例如，大螺旋角油孔麻花鉆最近被廣泛用于數(shù)控加工中心。為使其性能在使用中得到充分發(fā)揮，美國Cleveland麻花鉆公司近來對油孔麻花鉆與普通麻花鉆做了大量對比試驗，還研究了大進給量與鉆頭使用壽命及所有切削成本之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，大螺旋角油孔麻花鉆每孔降低的成本可超過32%。與普通麻花鉆相比，它能極大地提高生產(chǎn)率，因而極大地降低了生產(chǎn)成本。而總的成本下降量取決于選擇作為進給量函數(shù)的刀具壽命。德國Guehring公司用普通高速鋼和鈷高速鋼生產(chǎn)油孔麻花鉆，槽形有普通型和GT100型(大螺旋角)等15種，普通型的規(guī)格為φ10～50.8mm，GT100型的規(guī)格為φ11～35mm，而總規(guī)格達到1216種。法國Forecreu公司采用現(xiàn)代化工藝方法(鍛、軋、拉拔、扭轉(zhuǎn)、磨削和熱處理等)制造這種獲得專利權(quán)的帶孔圓鋼，實現(xiàn)了以工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)帶一個或幾個螺旋通孔或直線通孔的圓棒高速鋼材，為制造油孔鉆頭提供了半成品。該公司產(chǎn)品的規(guī)格為棒料直徑φ2.2～65mm，棒料長度8m。
1.1.4其它方面
圓弧形切削刃鉆頭
Tap＆Die公司推出獲得專利權(quán)的的EX-Gold圓弧切削刃鉆頭，其設計獨特，切削刃為圓弧形切削刃，鉆頭后面采用三重面刃磨法，具有很好的切削性能和斷屑性能。它在加工中不需要退出鉆頭就可直接排屑；在精切時精度高，使用壽命長。美國一家飛機制造廠需在一個硬度38～40HRC的4340鋼(大致相當于40Mo)制造的零件上鉆削180個φ13.5mm的高精度孔，以前采用鈷高速鋼鉆頭來加工，為了保證質(zhì)量和孔的精度，每鉆一孔須退出鉆頭4～5次，生產(chǎn)效率不高，仍出現(xiàn)孔徑超差的問題，而且換刀頻繁(每把鉆頭只能鉆30～50個孔)，增加了輔助時間，影響了使用者的效益。為了克服這主要加工障礙，該飛機制造廠選用EX－Gold鉆頭對上述材料進行孔的精加工后，解決了上述鈷高速鋼鉆頭所產(chǎn)生的問題，生產(chǎn)效率得到提高，減少了加工成本。經(jīng)多個用戶使用，表明這種新結(jié)構(gòu)鉆頭是精孔加工的高效鉆削工具。
雙刃帶鉆頭
減少刃帶處摩擦，發(fā)展成雙刃帶鉆頭，在第一棱邊處磨有付后角,減少摩擦、磨損，避免燒傷，提高壽命和精度。
縮短長度，提高剛性
NC機床要求高效率，必然要求鉆頭高剛性，因而出現(xiàn)縮短鉆頭長度，加大截面積的短鉆頭，世界各國相繼列入標準，如德國標準DIN1897等。
1.2中心鉆
眾所周知，中心孔是保證軸類零件加工精度的基準孔。因為中心孔的60°錐面既是加工時的定位基準，又是以后維修時的基準，因而中心孔是否合適是決定軸類零件加工質(zhì)量的關(guān)鍵，可見中心孔的加工非常重要。近年來隨著機械工業(yè)的迅猛發(fā)展，對軸類零件中心孔的要求愈來愈高，如在高精度機床上加工出來的零件，其圓度、同軸度要求在1～2µm范圍內(nèi)，在超精密機床上加工則要求達到0.2～0.5µm�？傊鶕�(jù)軸類零件的加工要求，中心孔必須達到一定的加工精度和表面粗糙度，60°錐面應具有一定的寬度，不能有振紋、毛刺與啃刀等缺陷。中心孔的加工要用到中心鉆。我國生產(chǎn)的中心鉆主要有三種類型:A型──不帶保護錐；B型──帶保護錐和R型──圓弧型，全國年產(chǎn)量達數(shù)百萬支，使用面廣量大，其中主要是A型和B型兩種。
1.2.1普通中心鉆結(jié)構(gòu)上存在的不足目前生產(chǎn)中普遍采用的中心鉆在結(jié)構(gòu)上存在一些問題，主要是：
中心鉆的鉆孔部分比較長，通常由于加工時切削速度比較低(v＜10m／min)，再加上手動進給不均勻及軸的端面不平整等原因，此部分常易折斷。
用中心鉆加工出來的中心孔60°錐面部分寬窄不一，太窄時錐面與頂尖的接觸面積小，當切削力較大時會使工件從頂尖孔中滑出，輕則使刀具工件損壞，重則會造成機床或人身事故；而太寬時則容易使工件外形加工成多棱形，表面上產(chǎn)生振紋，增大了加工表面粗糙度，影響到軸類零件的加工精度(如徑向跳動、圓度、錐度與同軸度等)。此外，由于中心孔60°錐面的寬窄不一，會造成所加工的一批零件的軸向尺寸長短不一。
通常標準中心鉆的鉆孔部分均留有一定的重磨余量(約0.4～0.6mm)，而在生產(chǎn)現(xiàn)場大多數(shù)情況下此部分尚未經(jīng)刃磨即已經(jīng)折斷。為此，有人在使用新中心鉆以前即事先將鉆孔部分適當磨短后再用。但這也會出現(xiàn)問題，因為如磨得太短,就容易使機床上的頂尖尖端直接碰到中心孔的底部，使頂尖與中心孔的錐面接觸不良而導致工件不能正確地定位，使加工出來的軸類零件產(chǎn)生不圓度誤差。如將頂尖的尖端部分磨平若干，雖有一些效果，但這樣做很不合理，也不符合工藝要求。一般認為，根據(jù)零件加工精度的要求，用φ2～3.15mm的中心鉆鉆孔時，60°錐面寬度以1.5～2.5mm左右較宜。由上可知，普通的標準中心鉆由于結(jié)構(gòu)上具有一些不足，再加上使用不當，往往在加工時會影響到中心鉆的使用壽命、零件的加工質(zhì)量、加工效率和加工成本。因此
近年來國內(nèi)外通過科學分析與試驗研究，通過改進中心鉆的結(jié)構(gòu)來提高其切削性能，提高其使用壽命，改善加工質(zhì)量。為此發(fā)展了若干種新型中心鉆，并在應用中取得了良好的效果。
1.2.2圓弧刃中心鉆
根據(jù)普通標準中心鉆，特別是小型中心鉆的鉆孔部分往往太長，當加工較硬或較韌的材料時很易折斷的結(jié)構(gòu)特點，圓弧刃中心鉆適當減短標準中心鉆的圓柱形鉆孔部分長度，而適當加大其直徑，即可提高中心鉆的強度。但圓弧刃中心鉆鉆出的孔不是圓錐形而是圓弧形，因而它與機床頂尖的接觸部分為一個圓或窄的錐圓形帶，在軸類零件加工時可提高工件外圓的圓度。當然，圓弧刃中心鉆的制造要比較麻煩些。
1.2.3螺旋槽中心鉆
我國所用的中心鉆，容屑槽形狀都是直槽結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)雖然制造方便，但其切削性能并不理想，切屑不易自動排出，刀具使用壽命低。螺旋槽中心鉆就可克服這些缺點。國外如美國、德國等工具制造廠均能生產(chǎn)直槽與螺旋槽中心鉆，而且制定了標準。對比試驗表明，采用螺旋槽中心鉆加工時切削輕快，得到銀白色帶狀連續(xù)切屑，刀紋清晰，被加工孔壁光亮，刀刃上無崩刃和明顯的磨損，在幾乎相同的切削條件下，螺旋槽中心鉆的耐用度比直槽中心鉆提高了4倍之多。
圖5 帶球形部中心鉆及其中心孔
1.2.4帶球形部中心鉆帶球形部中心鉆是國外的改進結(jié)構(gòu)。其中心鉆頭部由圓柱形鉆孔部、球形部與錐部等三部分組成。其特點是：
圓柱形鉆孔部分長度l比普通標準中心鉆要短一些，因而具有較高的強度與剛性。
該中心鉆由于增加了一個擴孔部分，一方面鉆出的中心孔錐面寬度較窄，比較合理。特別對精度要求高的軸加工，用標準中心鉆加工出中心孔后，還要進行一次擴孔才能達到工藝要求，而用帶球形部中心鉆鉆孔時就不再需要增加這道工序。另一方面，采用此種中心鉆時其擴孔長度能保證中心孔頂尖的深度尺寸。
用普通標準中心鉆加工出來的中心孔由于孔淺、錐面寬，淬硬后中心孔常常難以磨削加工，而帶球形部中心孔錐面較窄，改善了中心孔的接觸狀況。
帶球形部中心孔由于空間大便于儲存潤滑油，保證60°錐面得到充分的潤滑，以減少摩擦與熱量。與標準中心鉆相比，有利于提高軸類零件的加工精度。
1.3高速鋼鉸刀
1.3.1高速鋼鉸刀主要問題
高速鋼鉸刀在鉸孔過程中往往會產(chǎn)生各種各樣的誤差：如在尺寸與形位方面的誤差，鉸出的孔會有擴張或收縮現(xiàn)象，存在喇叭口、多棱形孔，加工表面粗糙度大，有波度等等。經(jīng)分析，造成上述現(xiàn)象的原因大致如下：
直槽鉸刀的刀齒并未嚴格地控制在一個圓周上，鉸削過程中刀齒上的負荷有周期性變化，切削深度均勻性不一致，在鉸削過程中產(chǎn)生顫振，使鉸出的孔表面粗糙度變差，而且可能呈多棱形甚至引起“啃刀”等等。
制造鉸刀時刀齒上存在徑向跳動。
鉸刀在使用一段時間后刀齒磨損，造成刀齒不等高現(xiàn)象。
被加工基體材料不均勻，硬度不一致。上道工序所形成孔的質(zhì)量不高。
1.3.2高速鋼鉸刀主要改進
1.3.2.1增大容屑空間
由于鉸孔屬于封閉式切削，為了避免切屑堵塞，保證加工孔的表面質(zhì)量，在鉸刀刀齒具有足夠強度的前提下，必須要有充分的容屑空間。增大鉸刀容屑空間的措施有：
適當減小鉸削余量。
適當增大容屑槽深度。
采用折線形或曲線形齒背。
適當減少鉸刀的齒數(shù)。如有的工廠曾將標準鉸刀的切削部分前端間隔地磨掉一齒，以增大容屑空間，改善了冷卻條件。在后端留有1/4的刀齒長度作為修光、校準與導向之用。這祥在加工鋼和鑄件深孔時可較大幅度地減小加工表面粗糙度并提高鉸刀的耐用度。
1.3.2.2采用不等齒距
普通鉸刀來用等齒距分布制造簡單，但只能滿足一般加工精度的要求。在鉸孔時刀齒如遇到加工材料中硬的質(zhì)點時，切削力驟增，鉸刀會失去平衡而發(fā)生振動，在孔壁上壓出縱向凹痕。如果采用等齒距分布，每個刀齒遇到硬質(zhì)點，在原處重復地產(chǎn)生縱向凹痕，使凹痕加深，會使孔壁表面粗糙，甚至成為橢圓形或多棱形。為了提高加工表面質(zhì)量，可采用不等齒距分布。通常，為了便于制造和測量，采用對頂齒間角相等的不等齒距分布。國外曾推薦一種不等齒距鉸刀，如齒數(shù)為6的，按45°、60°與75°不等分距加工，使鉸削過程中每個刀齒不會重復切入前一刀齒的切痕，因此所加工孔的精度可達H5，圓度誤差可小到1～3µm，并可減小表面粗糙度，甚至可以代替內(nèi)孔磨削，因此適合于加工閥門的導向孔，噴射泵的汽缸孔等。
1.3.2.3研制螺旋鉸刀
普通鉸刀鉸出的孔圓度誤差大，鉸削過程不平穩(wěn)，易產(chǎn)生振動，特別在錐孔鉸削時常會產(chǎn)生高頻振動，影響到鉸孔質(zhì)量。因此國內(nèi)外紛紛研制發(fā)展螺旋鉸刀。螺旋鉸刀是將普通鉸刀的直齒形改進為螺旋齒形，其優(yōu)點是切削連續(xù)，工作過程平穩(wěn)，可大大改善鉸刀的切削性能。采用螺旋鉸刀，形成斜角切削，可使切屑順利排出，鉸刀的強度和剛性得到提高，不容易產(chǎn)生崩刃和振動；實際工作前角大，刃口鋒利，可避免韌性材料粘結(jié)和出現(xiàn)拉毛現(xiàn)象，從而減小了孔壁的表面粗糙度。
2.硬質(zhì)合金孔加工刀具
2.1微型硬質(zhì)合金整體鉆頭的發(fā)展
隨著宇航、電子工業(yè)、輕工業(yè)及醫(yī)療器械的發(fā)展，促進了整體硬質(zhì)合金小鉆頭的發(fā)展。微孔鉆削常要求具備高達(1～12)×104r/min的轉(zhuǎn)速。為了提高鉆頭剛性，這種小鉆頭多采用韌性高、抗彎強度高的細顆粒的硬質(zhì)合金材料制成。在結(jié)構(gòu)上，小于f1mm的鉆頭常制成粗柄的，而直徑稍大些的，則制成短型整體硬質(zhì)合金鉆頭。整體硬質(zhì)合金小鉆頭使用時應注意消振、對中、排屑及冷卻問題，一般應采用傳感器進行監(jiān)控。如美國麻省理工學院就研制了整體硬質(zhì)合金小鉆頭的同位素監(jiān)控方法。
日本東芝鎢株式會社的小直徑鉆頭分為UH(f0.1～0.3mm)、RH(f0.3～1.65mm)、COS(f1～6mm)三種系列。蘇聯(lián)BHNN也研制了f0.4～2mm的粗柄硬質(zhì)合金鉆頭，比同種規(guī)格的高速鋼鉆頭壽命提高100倍。試驗說明，用f0.8～8mm的直柄硬質(zhì)合金鉆頭加工難加工材料和耐熱合金材料，效果很好。美國Amplx公司發(fā)展了電鍍金剛石整體小鉆頭系列產(chǎn)品，可鉆削f0.13～0.51mm的小孔。據(jù)國外報導，最小的整體硬質(zhì)合金鉆頭直徑為f0.02～0.03mm。
隨著印刷電路板向小型、輕型、高密度和高可靠性的要求發(fā)展和其用量的日趨擴大，孔的精度也越來越高，孔徑越來越小，孔的分布密度越來越大，這樣就給這些印刷電路板的微孔加工帶來各種困難。作為印刷電路板專用鉆頭，鉆頭的材料和形狀也要隨印刷電路板的種類和孔的深度而改變，一般說來，紙、酚醛樹脂印刷電路板或玻璃纖維、環(huán)氧樹脂印刷電路板切削性能較好，而表面附有銅層的材料對切削性能影響較大。在多層板的情況下，印刷電路板內(nèi)部有銅層，一般說來，表面銅層的厚度為18～35µm，內(nèi)部銅層的厚度為35～70µm。這種銅層對鉆頭的磨損和折損有很大的影響，銅層越厚，鉆頭折損率就越高。因而加工多層板要比加工兩面附銅板的切削用量小，特別是鉆頭的直徑越小時，為減少鉆頭的折損，常用改變鉆芯厚度和鉆槽的比值來增加鉆頭的橫截面積，以提高鉆頭的剛性。最近開發(fā)了新型的MD類硬質(zhì)合金可以減小鉆孔時的摩擦，即減少污斑現(xiàn)象，并具有良好的耐磨性和較長的壽命，因此能適應印刷電路板的高速、高效生產(chǎn)的需要。
2.2中等尺寸硬質(zhì)合金鉆頭
2.2.1三刃整體硬質(zhì)合金鉆頭
三刃整體硬質(zhì)合金鉆頭特點是：
比二刃鉆頭鉆芯厚、強度高，從而補償了硬質(zhì)合金韌性差的弱點；
刀尖前端形成特殊形狀，切削時可自動定心，故不需加工中心孔；
因刃多使每轉(zhuǎn)進給量增大(切鋁時可達20m/min)，又可進行高速切削(切鋁時最高可達1000m/min)，從而可大幅度縮短加工時間;
加工精度高，尺寸精度達H9，位置精度為±0．011mm，粗糙度Rz為20－25µm；
壽命長：加工合金鋼、鑄鐵和鋁合金可分別為20m和80m;
重磨容易，不需專門刃磨機。這種鉆頭適于加工孔深為3D～4D的下列材料的孔：低合金、鈦合金、奧氏體錳鋼、硬青銅、高硬度鑄鐵及硅鋁合金等。加工奧氏體錳鋼及鈦合金時，其切削速度可達40m/min，加工鋁合金切削速度為130m/min。
這種鉆頭要求機床剛性好，尤其是機床主軸軸承精度和鉆夾回轉(zhuǎn)精度必須高。因此，一般用于數(shù)控機床或加工中心等。德國Bilz公司、Hertel公司、Guehring公司和ILIX公司首先推出這種鉆頭，繼之日本菱高精機株式會社也有產(chǎn)品問世。Bilz規(guī)格為f4～20mm,Hertel稱為TF鉆頭，規(guī)格為f3～20mm,Guehring的GS200型規(guī)格為f3～20mm(分左右兩種旋向),ILIX的規(guī)格為f2～16mm。
TF鉆頭 SE鉆頭 マルチ鉆頭 新鉆尖鉆頭
圖6四種中等尺寸硬質(zhì)合金鉆頭
2.2.2 S型硬質(zhì)合金鉆頭
這種鉆頭瑞典Sandvik稱為Delta-C鉆頭，直徑為f3～12.7mm;日本井田株式會社稱為Diget鉆頭；德國Hertel稱為SE鉆頭，直徑范圍為f3～20mm。這種鉆頭的特點是經(jīng)過修磨使得橫刃縮短，軸向力減少50％；鉆芯附近前角為正值，因此切削鋒利;槽形為拋物線型,芯厚度大，剛性強；有兩個噴油冷卻孔，冷卻條件好；圓弧形切削刃和排屑槽形布置合理，便于切屑斷裂成小塊順利排出。適于加工難加工材料、高溫合金、鉻鎳鐵合金(Inconel合金)材料等。一般常用鉆孔深度為3.5D。這種鉆頭加工精度為IT9，粗糙度為Ra1～2μm。使用時應保持鉆頭中心與機床主軸同心度不得大于0.03μm。由于速度比較高，產(chǎn)生熱量大，應充分冷卻。
2.2.3強力硬質(zhì)合金鉆頭
日本住友電氣株式會社和三菱金屬株式會社均生產(chǎn)這種鉆頭，前者稱為マルチ鉆頭，后者稱為リツチカド鉆頭。規(guī)格為f4～18mm。分為標準型與短型兩種。標準型適于加工深度為3D～4D的孔，短型適于加工深度為1.5D的孔。該鉆頭可補充可轉(zhuǎn)位與焊接式鉆頭之間µ的空檔代替高速鋼麻花鉆，鉆頭強度取決于芯厚與溝背比。標準麻花鉆的芯厚為直徑的15%～23%，溝背比為(1～1.3):1，而強力鉆頭的芯厚為直徑的30%，溝背比為0.5：1，因此，使截面積增加了約30%，抗彎強度、扭轉(zhuǎn)強度也相應地提高了約2倍。此外，由于控制橫刃，鉆頭的橫刃幾乎為零，中心部分有前角。為了進一步減少切削力，把切削刃做成圓弧刃，徑向前角為正值，而扭矩幾乎不變。采用圓弧切削刃與鉆頭溝槽位置配合很好，使切屑成小圓弧形狀，容易折斷，排屑流暢，但必須采用耐磨性和強度都比較高的硬質(zhì)合金材料。這種鉆頭生產(chǎn)率為高速鋼麻花鉆的3～5倍。直徑越小，提高幅度越大，而直徑小于f16mm時，效果更顯著。但切削刃對稱性應嚴格控制在0.02mm，孔加工精度為:擴張量不大于30µm，表面粗糙度對于鋼和鑄鐵為Ra25～40µm，壽命比高速鋼鉆頭提高10倍。
2.2.4無橫刃焊接式硬質(zhì)合金鉆頭
日本三菱金屬株式會社、歧阜金屬株式會社生產(chǎn)這種被稱為新鉆尖鉆頭的產(chǎn)品，規(guī)格為f9.5～30.5mm，用于加工孔深小于5D的孔。該鉆頭的特點是：軸向力小，生產(chǎn)率為高速鋼鉆頭的5～10倍，切削速度為高速鋼的6倍，進給量為1.5倍，孔的擴大量不超過40µm。進給量大于0.2mm/r時，切屑更為細小。以新鉆尖鉆頭與其他鑲硬質(zhì)合金刀片鉆頭作比較，能觀察出當工件硬度增加時，新鉆尖鉆頭的平均軸向推力和主軸功率方面比其他鑲硬質(zhì)合金刀片鉆頭增加較小，工件硬度從66HRB增加到104HRB時，新鉆尖鉆頭的平均軸向推力增加了25%，而其他鑲硬質(zhì)合金刀片鉆頭軸向推力則要增加63%～97%。2.3 可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鉆頭
可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鉆頭在世界上比較盛行，各國在結(jié)構(gòu)形式、刀片形狀上各有千秋，使用范圍大多在f16～170mm左右，切削的孔深多數(shù)為3D以下(淺孔鉆)，特殊的達8D(深孔鉆)。這種鉆頭效率高于麻花鉆3～10倍，采用TiC涂層后切削速度可達300m/min。近期對于大尺寸的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鉆頭，發(fā)展為刀墊式，這樣刀體可多次使用，以德國Hertel公司、Walter公司、Komet公司、Bilz公司、瑞典Sandvik公司等為代表。
2.3.1硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位淺孔鉆
對于直徑大于f12mm、孔深小于3D的孔，目前國際上已廣泛采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片制成淺孔鉆。這種鉆頭不僅具有高切削性能，而且無需重磨鉆尖。只要更換刀片，鉆頭體可長期使用。所以很受歡迎，已成為數(shù)控鉆床和加工中心上的常用鉆頭。鉆前也無須在工件上預鉆中心孔，具有自定心能力。瑞典Sandvik公司提供的T－MAXU淺孔鉆，其尺寸范圍為f17.5～58mm。德國Hertel公司提供的Drill-Fix淺孔鉆，其尺寸范圍為f16～82mm;德國KOMET公司提供的ABS－KUB淺孔鉆，可擴大到f12～82;德國WIDIA公司提供的WIDAXBW淺孔鉆，又可擴大到f12～105mm，而且三家德國公司的淺孔鉆均制有冷卻液的注入孔，Hertel公司和KOMET公司的產(chǎn)品出屑槽又為螺旋形，對排屑極為有利。這種鉆頭具有很高的金屬切除率,對普通碳鋼的鉆削速度達120～150m/min，且具有很高的剛性。另外，德國WIDIA公司還提供可轉(zhuǎn)位的淺孔套料鉆(一般的最大孔深為3D，特殊的最大孔深為5D)，尺寸范圍為f65～400mm。
日本東芝鎢株式會社生產(chǎn)的TDJ型TAC淺孔鉆，品種有8種，可以加工孔徑小于f18mm的深度小于2D的孔，鉆桿直徑為f25mm。其結(jié)構(gòu)為機夾可轉(zhuǎn)位式，具有內(nèi)刃與外刃兩個刃口。該鉆頭已向焊接式切鋼鉆頭加工領(lǐng)域擴展，鉆頭直徑為f14～175mm。
圖7 HTS系統(tǒng)
2.3.2硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位深孔鉆
60年代末以來，鉆削實心孔的可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭日益增多地出現(xiàn)在市場上。在一般情況下，市場上都能購買到加工大于f15mm孔徑的鉆頭。但是，現(xiàn)有各種可轉(zhuǎn)位刀片鉆頭大多數(shù)不能滿足加工孔深大于3D的孔，其主要問題是鉆頭的剛性較差。德國Hertel公司的HTS－C是一種新型的孔加工刀具。他們所研制的深孔鉆頭可用在車床、加工中心和鉆床上，鉆頭在使用時可旋轉(zhuǎn)也可不旋轉(zhuǎn)。裝有硬質(zhì)合金的HTS－C鉆頭可采用較高的切削速度，從而較大地減少切削時間。這種鉆頭主要用來加工直徑在f20～45mm范圍內(nèi)的鑄鐵件和鋁件，鉆孔深度可達到8D。HTS－C鉆頭是由可拆卸的導向鉆頭和裝有硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片的刀頭以及螺旋排屑槽刀體三部分所組成。導向鉆頭在該刀具的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中所起著重要作用，其功能是對刀具導向和鉆削孔的中心部分。由于該鉆頭設計獨持，加工深孔時穩(wěn)定性好，精度高。同時該鉆頭可任意安裝在不同直徑的鉆柄上使用，有安裝方便、重復定位好、調(diào)節(jié)直徑大等特點。
大尺寸的可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金深孔鉆，則屬于HTS系統(tǒng)。該鉆削系統(tǒng)，有一個帶4個可轉(zhuǎn)位式刀片和小導向鉆，使用4個可轉(zhuǎn)位式刀片的原因,一是能自動定心，二是能夠獲得高速切削能力。這個導向鉆，甚至在深度為4D～10D的情況下，都能使鉆削頭定心。鉆削頭帶有內(nèi)、外兩個刀墊，刀墊上再安裝凸三邊形可轉(zhuǎn)位式刀片(也可用涂層刀片)冷卻液流經(jīng)鉆削頭和導向鉆，冷卻液壓力分級可調(diào)，以便改善排屑效果。這種鉆削系統(tǒng)的尺寸系列是從f45～170mm，中間有20種鉆削頭，并有一系列減細、加長接合件和柄部結(jié)構(gòu)。
HTS和HTS-C兩種鉆頭的共同特點是中心裝有高速鋼鉆頭，起導向作用，切削速度可達60～120m/min。
2.3.3T－MAX鉆削頭
T－MAX是瑞典Sandvik公司的鉆頭牌號，此類鉆頭帶有可轉(zhuǎn)位刀片。T－MAX鉆削頭用于加工f65mm以上的孔，既適合于噴射鉆又適合于單管系統(tǒng)。而套料鉆是例外，只能在單管系統(tǒng)上使用。
鉆削頭主體由韌性較高的鋼制成，帶有較大溝槽以有效排屑。支承墊座和刀片座都經(jīng)精確加工。主體帶有方形外螺紋，可用來固定在鉆管上。該螺紋通常是多頭的，螺距很大，可使螺紋結(jié)合部分的壓力和扭矩分配均勻，還可避免使用中出現(xiàn)螺紋咬死現(xiàn)象。如果鉆削頭和鉆管的螺紋不同，可用一個接頭來加以配合。
每個鉆削頭配有二塊支承墊，支承墊為鋼制的，有四種尺寸，墊上焊有二條硬質(zhì)合金。支承墊是圓弧形的，固定在鉆頭主體的徑向座子上,支承墊用螺絲和螺旋彈簧固定，可以調(diào)換。支承墊的設計已取得專利，它可在座子里轉(zhuǎn)動以適合加工孔的直徑。刀片座有三種不同的設計(每種都適用于二種尺寸的刀片)：中心部分、中間部分和外緣部分刀片座(取決于鉆頭)。刀片座由淬火工具鋼制造，適用于T－MAX，T－MAXS和T－MAXP型。可轉(zhuǎn)位刀片是標準的T－MAX，T－MAXS和T－MAXP，用壓板或杠桿可靠地固定在刀片座上。
圖8 T-MAX鉆削頭
用不同的刀片座組合起來，可以加工不同的孔徑和切削深度。所有的刀片座都帶有硬質(zhì)合金襯墊。刀片類型不同，斷屑方式也不同，有的用可拆卸斷屑臺，有的用燒結(jié)在刀片上的斷屑槽。進給力集中在鉆頭中心附近。刀片的切削刃均勻分布在鉆頭中心二側(cè)，因此切削力可相互平衡，減少了支承墊上的壓力和摩擦引起的功率損耗。
T－MAX鉆削頭有以下幾種類型：
T－MAX實心孔鉆削頭，加工直徑f65mm以上:
使用T－MAX鉆削頭可供噴射鉆和單管鉆削系統(tǒng)使用，可在均質(zhì)材料上一次加工出整個孔，并帶有較大溝槽以利于排屑。切削刀片分布合理，能控制切屑尺寸，并使切削力得到較好平衡。支承墊可自動調(diào)節(jié)，并配有不同規(guī)格以適應不同的直徑。
T－MAX套料鉆削頭，加工直徑f120mm以上:
標準尺寸的T－MAX套料鉆削頭，其設計功能就象單管系統(tǒng)，常用來加工f120mm以上的大孔。進行套料的原因，是加工此類大孔時，有時因機床功率限制，有時需要中間部分的材料供分析，有時是為了節(jié)約。套料鉆削頭的切削刃是均勻分布的，可使切削力平衡，功率消耗少，切屑也少。切屑沿中心部分材料與鉆管之間的縫隙排出。
T－MAX擴孔鉆削頭，加工直徑f65mm以上。
T－MAX擴孔鉆削頭可用于噴射鉆系統(tǒng)也可用于單管系統(tǒng)，可用來把原有的孔、整體鉆削的孔或套料加工的孔再擴大。擴孔頭上通常只用一塊刀片，但若加工余量過大，也可使用多刀片擴孔頭。多刀片擴孔頭是根據(jù)T－MAX鉆削頭及其部件而設計的。T－MAX單刀片或多刀片擴孔頭的直徑可用楔塊和徑向調(diào)節(jié)螺釘分別來精確調(diào)整。
2.4硬質(zhì)合金鏜刀
由于鏜孔比鉸孔更能保證孔的位置和形狀精度，所以在數(shù)控機床上廣泛使用尺寸可微調(diào)和鑲裝刀頭的各種鏜刀桿。硬質(zhì)合金鏜刀通�？煞譃閱稳小㈦p刃兩種，現(xiàn)在多采用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片制成。
2.4.1硬質(zhì)合金雙刃擴鏜刀
Walter 公司的硬質(zhì)合金雙刃擴鏜刀
通常是用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片制成的雙刃鏜刀，具有很高的切削性能。這種鏜刀加工普通鋼件時切削速度v可達100～140m/min、切削鑄鐵時切削速度v可達70～100m/min;單向切深為4～10mm；進給量f=0.25～0.7mm/r�？梢�，這種鏜刀具有極高的金屬切除率，完全擺脫了傳統(tǒng)鏜削加工的模式，目前已廣泛用于鏜孔加工。而且由于采用了可調(diào)式結(jié)構(gòu)，它又具有很大的柔性。只需配置有限的刀桿就可在一定范圍內(nèi)加工各種尺寸的孔徑。如KOMET公司提供的ABS－VD90(主偏角90°)及ABS－VD80(主偏角80°)系列雙刃鏜刀，用10種刀桿就可加工f24～215mm范圍內(nèi)所有的孔，從而大幅度減少了刀具的備置數(shù)量。此外該公司還提供另一種ABS－VD系列的擴鏜刀，只要4種刀盤就可加工從f196～401mm范圍內(nèi)的所有的孔。而“epb”公司在93'中國國際機床博覽會上展出的雙刃內(nèi)冷卻可微調(diào)鏜刀，最小鏜孔尺寸達f18mm。
2.4.2硬質(zhì)合金單刃精鏜刀
為了滿足高精度(H7～H6級)孔的加工要求，應選用單刃精鏜刀。Komet公司的ABS－FF系列的單刃微調(diào)鏜刀(徑向微調(diào))，只要15種鏜刀桿，就能在f29.5～199mm范圍內(nèi)加工各種尺寸的高精度的孔，而該公司的ABS－FZ系列的微調(diào)鏜刀(斜向微調(diào))，只要7種鏜刀桿，就能在f28～175mm范圍內(nèi)加工各種尺寸的高精度孔。切削用量可按下述范圍選�。呵邢魉俣葀＝80～100m／min；進給量f=0.07～0.08mm/r;單向切深ap＝0.15～0.2mm。以孔徑f91～97mm為例，工件材料為灰鑄鐵。按上述切削用量加工，孔徑偏差可穩(wěn)定在±3µm之內(nèi)。不僅高于鉸孔精度，而且無論從生產(chǎn)效率還是從刀具的耐用度和刀桿的備置量來說，都遠遠優(yōu)于鉸刀。
Microbore公司生產(chǎn)的一種新型的微調(diào)鏜刀，不僅能夠克服一般微調(diào)鏜刀調(diào)整不夠方便，調(diào)整部份又存在螺紋間隙，致使難以精確地保證調(diào)整精度的缺陷，而且在小直徑孔的鏜削加工中具有獨到之處。該刀具由刀柄、調(diào)整裝置、鏜刀三部份組成，適用于f30mm以下孔徑的精密鏜削，其調(diào)整精度為±0.005mm，最大調(diào)整范圍為0～4mm，其特點是刀具的切削部份與調(diào)整部份分開。因而刀具切削部份的結(jié)構(gòu)尺寸不受調(diào)整裝置的限制，從而可方便地實現(xiàn)對小直徑孔的精鏜加工，并且在調(diào)整刀具尺寸時，由于在整個調(diào)整范圍內(nèi)的預應力消除了調(diào)整結(jié)構(gòu)中螺紋的間隙，因而能精確地實現(xiàn)高精度調(diào)整。
HELLFEID在93'中國國際機床博覽會上展出的單刃可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鏜刀，最小鏜孔尺寸達f4mm。德國WIDIA公司使用刀夾的單刃可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鏜刀，最小鏜孔尺寸為f27mm;使用可換頭部結(jié)構(gòu)的單刃可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鏜刀，最小鏜孔尺寸為f40mm。
2.5硬材料鉸刀
關(guān)于鉸刀的刀具材料方面，近年來國內(nèi)很多工具廠已廣泛生產(chǎn)整體及焊接式硬質(zhì)合金鉸刀，發(fā)展了金剛石和立方氮化硼鉸刀。直徑較小的常制成整體硬質(zhì)合金鉸刀的結(jié)構(gòu)形式，而直徑較大時則依次制成刃部為整體硬質(zhì)合金及鑲焊硬質(zhì)合金刀片的結(jié)構(gòu)形式。
2.5.1整體硬質(zhì)合金精密鉸刀
隨著家電工業(yè)的發(fā)展，冰箱壓縮機行業(yè)的一些生產(chǎn)線上迫切需要一些形狀較復雜、精度較高、制造難度較大的專用刀具，f7.142mm硬質(zhì)合金精密鉸刀就是其中之一。這種鉸刀用于加工冰箱壓縮機閥芯上的銷孔，該銷孔的尺寸要求為在IT5～IT6之間，表面粗糙度為Ra0.1µm。該鉸刀的切削錐較長，在結(jié)構(gòu)上設有前后兩個導向部，端面也設有切削刃。該鉸刀的尺寸公差僅為2～3µm，長徑比卻可達約25。
2.5.2可漲式鉸刀
這種可漲式鉸刀結(jié)構(gòu)簡單，安裝調(diào)整方便。它的刀體為壓鑄件，在刀體的圓周上不均勻地焊有6～12塊硬質(zhì)合金刀片。刀片焊好后磨削至所需尺寸即可使用。鉸削時，切削液從刀桿內(nèi)部以較高的壓力噴出，起到?jīng)_刷切屑和潤滑冷的作用。鉸刀磨損后可通過調(diào)整螺母，使錐套迫使可漲式刀體沿徑向漲開，即可進行重磨，增加刀具的使用次數(shù)，一般刀體的最大漲開量為5%。這種鉸刀的特點是:
可改善工件的表面粗糙度并達到相當小的尺寸公差，對于2D～3D的孔最高可達IT3～IT4;
具有良好的重復使用性能，可延長刀具的壽命;
可從刀桿上將刀具卸下、調(diào)換,并可使用特殊規(guī)格的刀具。
圖9可漲式鉸刀及其使用
瑞士Dihart公司生產(chǎn)的這種可漲式鉸刀，規(guī)格為f17.6～300mm。該公司同時還生產(chǎn)一種稱為DST材料的可漲式鉸刀，它由于摩擦系數(shù)小,耐磨性好，在加工鋼材時能避免積屑瘤的產(chǎn)生，因此能獲得特別好的表面質(zhì)量。
2.5.3槍鉸
槍鉸是加工精度較高的深孔刀具。其切削速度、孔的精度、表面粗糙度和切削效率遠非一般鉸刀可比擬，且鉆孔后毋須擴孔或鏜孔，一次鉸出，鉸削余量較多，是一種具有發(fā)展前途的刀具。
槍鉸的基本結(jié)構(gòu)大部為單切削刃、兩個導向塊；從刀體內(nèi)部注射冷卻液，沖刷切屑和潤滑冷卻；緊隨切削刃后的導向塊伸入已加工孔中，起后導向作用。但兩導向塊的分布形式變化較多，亦有兩切削刃和兩導向塊互為對稱分布的。刀刃既有焊接式和機夾式的，也有整體硬質(zhì)合金的。
槍鉸無論是單刃的或多刃的，均安置了多個導向塊，而且切削刃的刃帶比較寬；在切削刃后緊隨著導向塊，兩者的軸向距離相差約為0.5mm。
槍鉸的另一特點是前排屑。由桿部后端油孔送入壓力較高的切削液射向切削區(qū)，既潤滑冷卻切削熱量最高的前面，也沖刷切屑，避免切屑與已加工面的摩擦。由于前排屑，導套與工件端面距離可縮減至極小；又由于刀具外徑與導套的間隙很小，因此孔的位置度和精度均較高。
槍鉸最大的特點是：導向塊既具有支承與導向的功能，又起到擠壓的作用，因而改善了孔的表面粗糙度。
2.5.4擠壓鉸刀
擠壓鉸刀可減小被加工孔的表面粗糙度、提高其幾何精度。這種鉸刀制造簡單，造價低廉，操作方便，不需要特殊要求的機床。
擠壓鉸刀過渡刃和其每一個刀齒的前、后角的幾何形狀都制成圓弧形的過渡曲面，刀具外圓表面粗糙度一致。鉸刀外徑與普通機用多齒鉸刀相似；外徑的校準部分不參加切削，在加工時起校準與導向作用。刀片一般用鎢鈷類或其它耐磨性高的硬質(zhì)合金，刀柄部分淬硬至38～40HRC，剛性較好，能保持與被加工孔可靠的同軸度。由于擠壓鉸刀是在最后工序精加工時使用，所以在進行最終加工以前對預制孔必須進行一次半精鉸，并應根據(jù)零件的材質(zhì)和硬度，嚴格控制加工余量，鉸刀齒形刃帶幾何形狀也要合乎要求。擠壓鉸刀適用于加工灰鑄鐵、球墨鑄鐵等零件，在車床、銑床與鏜床上都能運用。鉸孔時可以用煤油進行潤滑冷卻。據(jù)試驗驗證，用擠壓鉸刀加工出來的孔表面粗糙度可達Ra0.63～0.32µm，尺寸精度可達到IT7。
瑞典Sandvik公司的擠壓鉸刀采用的是在刀體上安裝擠壓滾柱的結(jié)構(gòu)。這種擠壓鉸刀的直徑范圍為f4.65～127.69mm，孔表面粗糙度可達Ra0.1～1µm。而且這種鉸刀的工作速度高達25～100m/min，進給速度達150～534mm/min。
2.5.5金剛石鉸刀
隨著機械工業(yè)的不斷發(fā)展，對孔加工的要求日益提高，特別是在較大批量的孔加工中，為了獲得高精度的孔──軸互換配合，對孔的尺寸精度、幾何形狀及表面粗糙度提出了更高的要求。為了達到這些要求，用研磨、珩磨等加工方法已不能滿足批量生產(chǎn)的需要，而金剛石鉸刀正是為了適應這種需要而發(fā)展起來的一種精密孔加工刀具。使用金剛石鉸刀加工鑄鐵、銅鉛合金、淬火鋼工件的精密孔，可以代替磨孔、珩磨、研磨、滾壓等傳統(tǒng)工藝，已在推廣使用，效果很好。
聯(lián)邦德國Rexvoth液壓公司用金剛石鉸刀精加工主閥孔，圓柱度可在1～2µm之間，孔的表面粗糙度可達Ra0.16µm。前蘇聯(lián)一工廠用電鍍金剛石鉸刀加工壓縮機零件汽缸體時直徑偏差為2µm，圓度達0.4～0.6µm，圓柱度達1.0～1.2µm，孔的表面粗糙度為Ra0.2～0.32µm。該廠推廣了這一新工藝后，所加工1000個零件的孔徑離散范圍不超過3µm，從而取消了選配，簡化了壓縮機的裝配工作，可采用鉆床或組合機床來代替昂貴的珩磨機床進行加工。2.6深孔鉆
2.6.1 槍鉆
槍鉆一般是用來鉆削工件回轉(zhuǎn)中心上的孔，鉆削加工時，通常是工件旋轉(zhuǎn)，鉆頭作直線進給。槍鉆一般是內(nèi)切削外排屑結(jié)構(gòu)，由硬質(zhì)合金鉆頭、鉆桿、傳動套三部份組成。
槍鉆鉆頭上開有油孔，以加強鉆頭冷卻潤滑和使切屑順利排出，并選擇韌性和抗振性均較佳的硬質(zhì)合金作為基體，表面可涂TiC或TiN，以提高鉆頭的硬度和耐磨性；鉆桿一般選用40Cr無縫鋼管，熱處理硬度35～45HRC，以提高強度，增加剛性。
ELDORADO公司槍鉆
美國ELDORADO公司對槍鉆導向塊的布置形式作了大量有成效的試驗和研究，該公司認為，工具類型不同，其加工中扭矩特征亦隨之變化，當槍鉆的切削刃幾何參數(shù)相同，進給量恒定時，其切削扭矩比較穩(wěn)定，但隨著導向塊的結(jié)構(gòu)形狀和布置位置不同，其擠壓扭矩也隨之發(fā)生變化。該公司研制的槍鉆，結(jié)構(gòu)形式很多，尤其是鉆頭導向塊布置形式與通常的標準型槍鉆不同，以五種形狀為主，分別適用于鉆削鋼和不銹鋼、鉆削有色金屬和鑄鐵、用戶機床條件較差、用戶要求改善孔徑精度和表面粗糙度等場合。
ELDORADO公司的槍鉆加工深孔的直線度可達0.025/300mm，孔徑偏差在±0．013之內(nèi)，孔表面粗糙度均方根值可達0.1µm。其生產(chǎn)的槍鉆直徑為f1.4～38.1mm(11/2in.)。而德國TBT公司的槍鉆鉆孔時的徑向圓跳動當加工件旋轉(zhuǎn)時可達到一米深的孔為0.2～0.4mm，加工深孔的直線度可達(0.02～0.04)/500mm，孔徑偏差根據(jù)不同材料而有所不同，一般在IT6～IT11之間,孔表面粗糙度Ra值也可達0.1µm。他們生產(chǎn)的槍鉆直徑為f1.95～35mm，并有6種柄部結(jié)構(gòu)形式。同時，TBT公司還生產(chǎn)階梯槍鉆。瑞典Sandvik公司生產(chǎn)的槍鉆直徑為f1.95～35mm，有12種柄部結(jié)構(gòu)形式，孔徑偏差為IT9，孔表面粗糙度Ra值為0.1～3.2µm，孔深大于100D，加工深孔的直線度與TBT公司相同。瑞典Sandvik公司還生產(chǎn)在一般工具磨床上重磨f1.95～30mm槍鉆的專用裝置。德國botek公司生產(chǎn)的槍鉆直徑為f1.85～40mm，雙頭槍鉆和階梯槍鉆直徑為f4～32mm，也生產(chǎn)在一般工具磨床上重磨f1.85～40mm槍鉆的專用裝置。
噴射鉆
BTA系統(tǒng)
2.6.2 噴射鉆
噴射鉆是一種雙管系統(tǒng)，由瑞典Sandvik公司首創(chuàng)并享有專利。使用噴射鉆時，切削液在內(nèi)、外管的間隙中抽吸。噴射鉆由接頭、內(nèi)管、外管、彈簧夾頭、密封套和鉆削頭組成。
鉆削頭是可拆卸的，帶有硬質(zhì)合金刀片，焊接式的鉆削頭可加工直徑從f18．4～65mm，可轉(zhuǎn)位式的則參見2.3.3T－MAX鉆削頭。這些鉆削頭有二種型式的切削刃幾何形狀。除了正常的應用范圍外，還有一種型式也可用來加工韌性較高的材料。硬質(zhì)合金刀片安裝在鉆削頭的二側(cè),可以控制切屑的寬度。每塊刀片都有磨出的或燒結(jié)在上面的斷屑槽，可在鉆削時時切屑進行控制。適當?shù)牡度虚g距可較好地平衡鉆削力，并可減少作用在支承墊上的支承壓力。鉆削頭外緣的二塊支承墊可以吸收徑向切削力，這些支承墊和最外端的刀片決定了孔的直徑,它們是磨到所需尺寸的，公差很小。在適用的加工范圍內(nèi)，備有13種不同的套管。
2.6.3 BTA系統(tǒng)
BTA系統(tǒng)也稱為單管系統(tǒng)(STS)，加工時切削液從外面提供，切削液通過鉆管和加工孔之間的縫隙直接流到加工區(qū)域。為能提供足夠的切削液空間，瑞典Sandvik公司設計并制造了兩種類型的可拆卸的BTA鉆削頭，一種適用于f20～65mm，另一種適用于f65～399.9mm。
所有這些BTA鉆削頭與相應的噴射鉆的區(qū)別僅在于它們的螺紋直徑小，所使用的鉆管直徑也略為小一點。在其他方面，單管系統(tǒng)鉆與噴射鉆的設計與性能都完全相似。在某些加工情況下，BTA可重磨鉆頭削常可以方便地用可拆卸式的BTA或噴射鉆的鉆削頭來替換，為了避免更換鉆管，Sandvik公司還可以提供一種接頭，它可安裝在鉆管和鉆削頭之間。
2.7復合孔加工刀具
復合孔加工刀具通常有幾種類型，有的是將加工不同的加工表面的刀具復合在一起，有的則是將粗、精加工刀具復合在一起。
2.7.1多表面復合孔加工刀具
階梯麻花鉆是八十年代一種新穎的麻花鉆，它能將原來鉆孔與倒角或鉆孔與刮平面等幾道工序合并在一次切削中完成，可提高生產(chǎn)效率，還可提高加工精度，使孔的深淺和倒角深度保持一致性，便于裝配流水線操作的順利進行。階梯鉆由大小幾種外圓復合組成，有二階梯、三階梯及多階梯等形式，階梯過渡切削錐角也可制成60°、90°、120°、180°等多種角度以適應各種不同加工件的需要，可制成二槽鉆或四槽鉆等型式。階梯鉆一般可加工鋼件、鑄鐵件、有色金屬等材料。它大多數(shù)用在生產(chǎn)流水線、多工位專用機床、多工位排鉆或數(shù)控機床上，加工的孔有的為螺紋底孔和倒角，也有加工階梯孔或臺階孔的。國外大尺寸的階梯鉆(如德國Hertel公司，直徑大于f13mm的階梯鉆)已制成裝用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的。
四刃鉆頭
裝用可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片的階梯鉆
圖10兩種復合孔加工刀具
2.7.2粗、精加工復合孔加工刀具
國內(nèi)由聶國虎發(fā)明的四刃鉆頭，它實質(zhì)是鉆、擴組合刀具，可一次進給完成鉆、擴兩道工序，既可用于孔的粗加工，又可用于孔的半精加工，適用于范圍是f15mm以上的鉆孔，于86年獲得專利。。四條刃帶中兩條徑向刃擔任鉆孔任務，另外二條擔任擴孔任務；擴孔余量的大小是通過控制在鉆刃外緣處倒角的大小來決定的。因此，四刃鉆頭可用于粗加工也可用于半精加工。它具有下列優(yōu)點：
前角分布比較合理：由于鉆刃過中心，使其鉆刃從鉆芯附近到外緣的前角均為正前角，改善了前角的分布；
鉆頭剛性好，橫截面的極慣性矩大，抗扭剛度及抗彎強度就高；
四刃鉆定心及導向性好；
鉆刃上的負荷比較均勻。
由于上述原因四刃鉆的壽命和加工精度均比普通麻花鉆相應有所提高。與這種鉆頭相類似的還有英國OSBORN的超級鉆頭(SUPPERDRILL)，但其主刃仍與普通麻花鉆相似，并無特別的改進。
2.8數(shù)控機床用孔加工刀具
數(shù)控加工工藝充分體現(xiàn)了集中工序的工藝原則，反映在加工中心上尤為突出。它能集粗精加工各道工序于同一臺機床上，對工具配置的要求和管理完全不同于常規(guī)加工，有很大的突破。
2.8.1數(shù)控加工對工具的要求
2.8.1.1換刀要求
刀具或刀柄的結(jié)構(gòu)應能實現(xiàn)自動快速交換。而且刀具的尺寸應能借助于對刀儀在機外進行預調(diào)，以減少換刀調(diào)整的停機時間。
2.8.1.2高效率要求
刀具應具有高效率的切削能力。數(shù)控機床、加工中心的初始投資很高，所以單位工時的價格相應也很高。因此所用刀具必須能滿足高切削速度、大進給量、大切深的要求。
2.8.1.3高壽命要求
刀具應有很高的壽命，以減少換刀時間，并保證產(chǎn)品質(zhì)量。刀具的壽命還應有很高的可靠度，以避免因刀具早期失效而引起停機等系統(tǒng)故障。
2.8.1.4高斷屑性要求
刀具應能可靠地斷屑、卷屑和排屑，不致干擾切削加工，不影響加工表面的質(zhì)量。
2.8.1.5標準化要求
工具應系列化、標準化、模塊化，以便于管理，并盡量減少所備工具的數(shù)量。應改變以往的管理方式，建立工具準備單元，進行集中化管理，負責工具的保管、維護、修磨、預調(diào)、配置等工作。
2.8.2數(shù)控加工常用孔加工刀具
一般數(shù)控加工常用孔加工刀具前面大多已介紹，它們是:
高速鋼大螺旋角油孔麻花鉆;
螺旋槽中心鉆;
三刃硬質(zhì)合金整體鉆頭;
S型硬質(zhì)合金鉆頭;
可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鉆頭;
硬質(zhì)合金雙刃擴鏜刀;
硬質(zhì)合金單刃精鏜刀。
另外，一些特殊行業(yè)的數(shù)控加工還有它們自身經(jīng)常使用的孔加工刀具。如印制電路板行業(yè)的微型硬質(zhì)合金整體鉆頭，冰箱壓縮機行業(yè)的整體硬質(zhì)合金精密鉸刀和階梯麻花鉆等。這些刀具在前面都已作了介紹。
下面，再介紹一種鉆銑復合刀具。這種被稱為新型的鉆削立銑刀具有軸向切入和徑向切入的二種功能，在一次裝夾中可進行軸向進給和徑向進給而無需換刀，減少了換刀次數(shù)和加工工序，提高了工作效率，特別適用于加工封閉型鍵槽及模具的凹形腔，是數(shù)控仿形銑削和加工中的主要配套刀具。
可轉(zhuǎn)位鉆削立銑刀的刀體采用一般采用合金鋼制成，切削部分由擔任外緣切削的刀片和擔任端面切削的刀片組成。刀片材料為硬質(zhì)合金，表面可作TiN涂層處理。刀片刃口磨損后可以轉(zhuǎn)位。鉆削立銑刀的規(guī)格為f12～40mm，使用不同牌號的硬質(zhì)合金刀片，可切削碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鋼、灰鑄鐵、球墨鑄鐵、冷硬鑄鐵、青銅和黃銅等材料。
圖11可轉(zhuǎn)位鉆削立銑刀
鉆削立銑刀在加工硬度為120～300HB的碳素工具鋼時，切削速度可達80～120m/min，最大軸向切深為7mm，進給量一般為每齒0.05～0.15mm。切削時切削力小、切削輕快、切屑收縮變形小、切屑光潔無毛刺，切削后刀片無明顯磨損和崩刃現(xiàn)象，切出的封閉槽底面接刀平直，表面粗糙度數(shù)值在Ra1.5µm左右。
3發(fā)展趨勢
3.1硬質(zhì)合金孔加工刀具正在迅速發(fā)展
從國內(nèi)外的發(fā)展態(tài)勢分析，在整個刀具的產(chǎn)值中，孔加工刀具的比例將繼續(xù)逐漸減小，而在孔加工刀具的產(chǎn)值中，硬質(zhì)合金產(chǎn)品的比例將繼續(xù)逐漸加大。從國外的情況看，在整個刀具行業(yè)中，硬質(zhì)合金刀具的增長很快，這使得高速鋼刀具在刃具中的比例逐步下降。美國硬質(zhì)合金刀具的產(chǎn)值1972年占刀具總產(chǎn)值40％，而1981年則增加到了45.2％，日本硬質(zhì)合金刀具在刀具總產(chǎn)值(不包括金剛石刀具和CBN刀具)中所占比例從72年40.8％增加到了91年的64.4％，聯(lián)邦德國則從78年的23.1％增加到了82年的44.4％。硬質(zhì)合金刀具迅速發(fā)展的原因，是適應了生產(chǎn)高速度、高效率、高壽命以及高可靠性的要求。隨著數(shù)控機床、加工中心的發(fā)展和生產(chǎn)的高效率化，這種趨勢將更加明顯。因此，花大力氣發(fā)展硬質(zhì)合金孔加工刀具的設計、制造能力將成為許多工具制造商的一種決策選擇。
圖12日本硬質(zhì)合金刀具歷年產(chǎn)值比
3.2麻花鉆普遍修磨橫刃和使用油孔
在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上，麻花鉆仍是孔加工刀具中最重要的部分。不管是高速鋼麻花鉆還是硬質(zhì)合金麻花鉆，修磨橫刃和使用油孔進行內(nèi)冷卻將成為麻花鉆制造商的普遍選擇。如高速鋼拋物線麻花鉆、大螺旋角油孔麻花鉆、三刃硬質(zhì)合金整體鉆頭、S型硬質(zhì)合金鉆頭等普遍采用了橫刃修磨的方法而高速鋼大螺旋角油孔麻花鉆和S型硬質(zhì)合金鉆頭還都采用了油孔內(nèi)冷卻技術(shù)。
3.3可轉(zhuǎn)位孔加工刀具小型化和精密化
可轉(zhuǎn)位孔加工刀具隨著數(shù)控機床、加工中心的普及將逐漸普及。
先進設備的不斷增加，便發(fā)揮設備效率更加重要。由于數(shù)控機床、加工中心等先進設備的不斷增加，切削加工費用也將不斷增加。美國切削加工費用從1971年到1981年，平均每年要增加12％。數(shù)控機床每小時的費用高達500～1000美元。我國加工中心的市場求量1987年為100～200臺，而到2000年預計將達到3750～5000臺。在這種設備費用昂貴的情況下，要提高切削加工的經(jīng)濟效益，只有盡量發(fā)揮設備效率，從而相對增加刀具的消耗�？赊D(zhuǎn)位孔加工刀具在這樣的情況下會進一步得到用戶的青睞。為了擴大可轉(zhuǎn)位刀具的市場占有率，刀具制造商正致力于其小型化和精密化。如德國KOMET公司的ABS－KUB淺孔鉆、WIDIA公司提供的WIDAX BW淺孔鉆，最小鉆頭直徑為f14mm；德國Hertel公司的HTS－C深孔鉆最小鉆頭直徑為f20mm；“epb”公司的雙刃內(nèi)冷卻可微調(diào)鏜刀，最小鏜孔尺寸達f18mm；而另一家HELLFEID公司的單刃可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金鏜刀，最小鏜孔尺寸僅達f4mm；Hertel公司的可轉(zhuǎn)位階梯鉆最小鉆頭直徑為f13mm。而Komet公司的ABS系列的單刃微調(diào)鏜刀只要按合適的切削用量加工，孔徑偏差可穩(wěn)定在±3µm之內(nèi)。
3.4產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化近年來，由于科學技術(shù)的不斷進步和人們消費需求的不斷異化，產(chǎn)品的壽命周期縮短了，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快了。這種形勢正在迫使許多生產(chǎn)企業(yè)走上多品種、小批量的生產(chǎn)方式，以適應市場需求的多變性及提高本企業(yè)產(chǎn)品的市場占有率。這就對為少
品種大批量生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)、開辟道路的標準化活動提出了挑戰(zhàn)。阿?托夫勒在《第三次浪潮》一書中預言，今后的社會是一個“打破標推化”的多樣化社會，今后的一切將“越來越不一致和沒有標準了”。但是，作為系統(tǒng)時代的標準化方法，模塊化一經(jīng)在產(chǎn)品設計上使用，就很快顯示出其廣闊的發(fā)展前景。它成功地解決了所謂多樣化的挑戰(zhàn)，為多樣化生產(chǎn)條件下的標準化開辟了一條新路。模塊化設計一般都具有很大的靈活性和適應性，設計周期短，成本低等一系列優(yōu)點，并有助于計算機輔助設計(CAD)、成組技術(shù)應用以及標準化管理，而刀具模塊化除上述主要對生產(chǎn)企業(yè)有利的優(yōu)點外，對用戶也會帶來不少好處，如：
減少刀具的儲備和修磨，從而改善刀具管理；
減少調(diào)整和裝拆刀具，發(fā)展自動換刀技術(shù)，從而減少停機時間，減輕工人勞動量；
更換部份模塊可改變刀具品種，適應于新材料或新結(jié)構(gòu)，從而有利于用戶改進工藝，提高生產(chǎn)效率及發(fā)展新產(chǎn)品。
同其他刀具一樣，隨著生產(chǎn)的多樣化，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化將日益顯示出其廣闊的發(fā)展前景。但由于孔加工刀具受結(jié)構(gòu)限制，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊化的難度要比其他產(chǎn)品較高，因而模塊化的發(fā)展速度會比其他產(chǎn)品慢一些。
總之，孔加工刀具由于其尺寸必須限制在孔的尺寸以內(nèi)，技術(shù)改進不易。但隨著科學技術(shù)的進步，相信孔加工刀具的設計、制造水平也會得到長足的進步。
本文作者:楊曉
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